物理光学课件-第一章几何光学

第一章 §1.1光 的基本规光 的实验规一、实验光的直 原光线—表示光 方向的带箭头的几何线“光线”只能表示光 方向，决不可认为是从实际光束中借助于）“光束由无数光线构成光的直 原理：光在均匀介质（折射率n相同）中沿直 光的独 定律：两束光 途中相遇时互不干扰，即每一束光（ii11n1sini1n2sin光路具有可

n折射率，nn1nn小—光疏媒质n大—光密媒11光密介质4

光疏介n i 光密介i‘c arcsin 全反射临界

折射临光密到光疏介 ，入射角为ic时，折射角等于90度i>

nsin arcsincc时，发生 arcsinc临界如 =1,n=1.5(玻璃)，则ic=41.80例题：从正上方观察时水下物体的n'sini'nsinin'i'nihatan atan htan n空气-水：n1,n4/3,h

思考：观察扁圆的落日，为什 会变扁对给定i，计算 i 已知i1,,n,求偏向角 ,n给定，＝(可以证明当入射线和出射线处于对称位置时，sinnn 2

率很小（光楔）时，min则很小，利用sin sin

min2 (n 0当n0=1 (n费马一、光程(opticalpathk kk kAB分区均匀介质中的真空中tll几何路c中，tl

nl

c/ 分层媒质：tl1l2l3....

i1i 光程[lnilii

c/ 程，便于比较光在不同介质 三种情况均匀介质中光 〔l〕=n点，则总光程〔l〕l

nili

ll

y,AlA二、费马原

折射率n1、表述：实际光线路径是光程平稳的路径 [l]

讨论：光程的一阶变分为零，有以下四种情况（横轴不同点表示不同的光线路径，纵轴表示光程自 ：直线，光程最透镜成像： 三、费马原理→几何光学三定求证：与抛物面镜旋转轴（FO）都通过焦点 CQC'Q'QP先证首先从F发出的光线经抛物线面反射后平行于轴 C设从F到某点P光线的两条可能路径分别是FQP和 PQFO，做QCAB，QC有QCQF，QC[l]FQPn(PQQF)n(PQQC)n Q´F)n(QC FQ显然[l]FQP[l]FQP因FQP可代表任一条反射线不平行于轴的光线路径，上式表明，FQP为光程取极（四、变折射率媒质中光线光在分区均匀介质中n1>n2>n3>

梯度折射率介质中光 增

蜃景(mirage)的形下现蜃 上现蜃

§1.2成像的基透镜一、成像的基本理想成像：点物→点像，理想光学系统 成像的四种情几个概念：实物、虚n n

实物成虚nPnPnPnP虚物成实

虚物成虚物像的共轭二、薄透镜成

光心O：两球面球心连 薄透镜 d以下分析薄透镜傍轴焦点与焦像方焦点F：与光轴平行的光线入射时出射光束的中像方焦距f：O到F的距离。F在O右方，ff>ff>f

-f-ff<

F在O左方，f>0；F在O右方，ff>f>Ff

虚焦 f<凸透

-凹透

f' n’=n时，f’=成像公

s：像距，像点在光心右方为n

111 s nn'时，fffs

'ffs 单球面或薄透另一形

令sxfs'x'f代入 公式可得xx'ff nn'时，xx'f2光线3：穿过透镜光心O入射的光线出射后方向不（当nn时横向放大Q Q s

P35,图像高y'

y,y在轴上方为正，下方为负fs' 公式相应 f'snn´

s' 公式相应：fx f焦面性焦面性质：n=n为例

物方焦面过QO像方焦面过